社会经济系统能流分析概述

社会经济系统能流分析概述刘伟

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前言

能量流动是生态系统以及人类社会系统得以正常运行的基本要素之一。通过能流分析，可以识别能源利用过程如何影响社会、经济和环境以及如何减少这些影响等问题，它是产业生态学研究的一个重要领域。第二页，共二十一页。Ⅱ

能源简介

从能源产生的方式以及是否可再利用的角度，可将其分为一次能源和二次能源，可再生能源和不可再生能源；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源；根据使用新旧类别又可以分为常规能源和新型能源等。第三页，共二十一页。Ⅱ

能源简介清洁能源：指消耗后不产生或很少产生污染物的可再生能源（包括水能、太阳能、生物质能、风能、氢能、地热能、海洋能），以及核能、低污染的天然气等。非清洁能源：指消耗后会产生污染物的能源（包括煤、石油）第四页，共二十一页。一、能流分析概念

能流分析是指对提供人类所消费的商品或服务所需能源的分析，包括能源的输入、内部能源的转换以及能源的利用。通常，能量统计只考虑了驱动设备的热能、光能和机械能。但是，社会能量代谢需要进一步研究包括人和生物体内流动的生物化学营养能。此外，进行能量输入统计时，必须包括所有跨越系统边界的富含能量的物质流以及非物质能量流（如电能和光能等）。第五页，共二十一页。能流分析中通常所包含的能量流动第六页，共二十一页。二、怎样核算社会的能量代谢

能源输入

这部分能源通常是来自于自然环境中，例如，富含能量的物质（生物质，化石燃料），利用的水能、风能等，原子能转化为热，或把太阳能转化为热或电能。在能量平衡中能源输入称为“总能源供给”。总能源供给由国内提取的一次能源载体和进口的能量载体组成，它们可以是原材料（如原油、煤炭等），或者是由一次能源生产的产品（如汽油、轻油、蜂窝煤、电力等）。总的来说，总能源输入与物质流分析中的总物质输入相似。第七页，共二十一页。二、怎样核算社会的能量代谢能源转化能源转换，是能量以及物质化学形态的变化，比如经过一定的工艺过程，将煤炭、重油等转换为电力和热力，将热能转换为机械能，将机械能转换为电能，将电能转换为热能等。在现代工业社会中，最重要的转化过程通常是电力和热能，以及原油提炼和与煤相关的各种转化过程。第八页，共二十一页。二、怎样核算社会的能量代谢终端能源使用

终端能源是指用于生产有用能源和最终能源服务的能源。基本上，终端能源使用通常被定义为卖给最终消费者的那些能源。最终消费者是指在任一经济实体中的消费者为了生产和消费而购买能源以获得能源服务。能源服务是通过使用能源而获得的非物质服务。例如，能源服务包括调节房间里的温度（供暖）、把人或货物由A点转移到B点（运输）等。而不包括使用能源生产其它的能源载体，如用汽油发电等。第九页，共二十一页。二、怎样核算社会的能量代谢终端能源使用非能源使用指能源产品不作为能源使用(即不作燃料、动力使用)，而作为生产另外一种产品(非能源产品)的原料或作为辅助材料使用，如石油化工厂生产乙烯、合成氨、合成橡胶等产品所消费的石油、天然气、原煤、焦碳等。终端能源使用可以分为以下几类：驱动力、运输、生产用热，供暖/烧水，以及光和电子数据处理等。第十页，共二十一页。二、怎样核算社会的能量代谢有用的能源

最终消费者的能源使用可以进一步加以界定。能流分析的这部分称之为“有用的能流分析”，但不是对所有国家都适用。

有用能源大体分为四类：动力、热能、光及数据处理。第十一页，共二十一页。直接能量流＝进口＋国内供给总一次能源输入＝直接能量输入＋隐藏流国内能源消耗＝直接能源输入－出口第十二页，共二十一页。直接能源输入

直接能源输入可以定义为实际进入社会部门的能源总量，包括国内输入及进口。通过加和国内生产的所有生物及能源物质，可以计算出国内输入，能源输入的数据可以从能源统计中获取。生物质数据可以从农业和林业统计中获取。对于进口，应该考虑所有能源物质的进口，不仅仅是能源载体。二、怎样核算社会的能量代谢第十三页，共二十一页。总一次能源输入

总一次能源输入等于直接能源输入加上隐藏能流。为了避免重复计算，需要减去进口的能源（例如电能）。隐藏流可以是国内的（例如，收割生物质时残留在地里的农作物），也可以是进口的。隐藏流是一个值得认真研究的内容，其中隐藏的生物质流很难计算。进口隐藏流的计算也应该包括进口原材料和货物过程中所产生的能量。总之，还需要对所有相关流，特别是隐藏流进行深入研究。二、怎样核算社会的能量代谢第十四页，共二十一页。能量统计中通常考虑的能量转换过程

能量转换过程工艺流程能源载体电磁能→热能太阳热能收集器太阳能电磁能→电能太阳能电池太阳能化学能→化学能冶炼厂、其他化学生产过程化石燃料化学能→热能燃烧（明火、炉子、熔炉等）生物质、化石燃料核能→热能核裂变（核电厂）铀或钚裂变热能→热能热泵、热交换器来自环境介质或燃烧的热热能→机械能蒸气机、内燃机、搅拌机等化石燃料或生物质、核裂变或太阳能机械能→机械能通过曲轴，把水或风能转换为转动能（例如，水力涡轮机）水能、风能等；通过各种机械设备进行能量传输机械能→电能发电机来自水、风或潮汐能等的机械能，或者来自蒸气机或内燃机的机械能电能→机械能电动机电电能→热能电阻加热电电能→电磁能电磁放射，电致发光电电能→化学能电解电第十五页，共二十一页。三、能量转换过程

表中对13种主要能源的转换过程进行了总结。对于工业社会，燃烧（以化学方式贮存在富能源物质中的能量向热转换）通常是最重要的能源转换过程。能量平衡参考了物质流中的物质平衡。以化学方式贮存能量的物质流（即是与氧发生反应，从而产生热量的化学反应），可以通过计算燃烧中产生的热量来计算转换的能量。第十六页，共二十一页。

目前，就净能值和总能值还存在一些争议。净能值（较低热值）是通过燃烧燃料产生的热量，不包括燃烧过程中产生的水蒸气潜热。相反，总能值（较高热值）包括了水蒸气释放的能量。在实践中，很多能量平衡采用净能值把燃料的重量（吨）转换为能量。三、能量转换过程第十七页，共二十一页。四、能值分析

能值（emergy）分析理论和方法是美国著名生态学家H.T.Odum于20世纪80年代后期创立的。由于地球上的能量都直接或间接来源于太阳能，所以实际应用的是太阳能值，即任何资源、产品或劳务在形成过程中都直接或间接利用的太阳能。应用能值这一新的科学概念和度量标准及其转换单位——能值转换率，可将生态经济系统内流动和储存的各种不同类别的能量和物质转换为同一标准（太阳能焦耳）的能值，进行定量分析研究。第十八页，共二十一页。四、能值分析借助能值分析的相关理论，可以使能流分析中的各种能源单位统一，以便于统计分析，得出更加准确的分析结果。第十九页，共二十一页。TheendThanks!第二十页，共二十一页。内容总结社会经济系统能流分析概述。通过能流分析，可以识别能源利用过程如何影响社会、经济和环境以及如何减少这些影响等问题，它是产业生态学研究的一个重要领域。非清洁能源：指消耗后会产生污染物的能源（包括煤、石油）。基本上，终端能源使用通常被定义为卖给最终消费者的那些能源。最终消费者是指在任一经济实体中的消费者